采用I2C总线实现MPU6050模块功能

1. 简述

一直想自己做个四轴飞行器，却无从下手，终于狠下决心，拿出尘封已久的MPU6050模块，开始摸索着数据手册分析，一步一步地实现了MPU6050模块的功能，从MPU6050模块中读取出加速度值和陀螺仪采样值。

模块如下图所示：

2. 模块简介

MPU-60X0将3轴陀螺仪，3轴加速度计和数字运动处理器（DMP）组合在一起。通过I2C总线可以接受外部3轴罗盘的输入，提供9轴输出。

MPU-60X0具有三个用于数字化陀螺仪输出的16位ADC转换器和三个用于数字化加速度计输出的16位ADC转换器。
对于快速和慢速运动的精确跟踪，这些器件具有用户可编程的满量程±250，±500，±1000和±2000°/秒（dps）的用户可编程陀螺仪和用户可编程加速度计满量程 范围为±2g，±4g，±8g和±16g。

I2C通讯速率400KHz，SPI通讯速率1MHz（仅MPU-6000）。高速通讯SPI通讯速率20MHz（仅MPU-6000）。

MPU-60X0电源电压范围：2.375V ~ 3.46V

MPU-6000和MPU-6050相同，只是MPU-6050仅支持I2C接口，并具有单独的VLOGIC参考引脚。MPU-6000支持I2C和SPI接口，并具有单电源引脚VDD。

MPU-60X0具有16位ADC和信号调理的三轴MEMS陀螺仪
MPU-60X0由三个独立的振动MEMS速率陀螺仪组成，可检测绕X轴，Y轴和Z轴的旋转。 当陀螺仪围绕任何感应轴旋转时，科里奥利效应会引起由电容感应检测到的振动。 所得到的信号被放大，解调和滤波以产生与角速率成比例的电压。 使用单独的片内16位模数转换器（ADC）对该电压进行数字化，以对每个轴进行采样。 陀螺仪传感器的满量程范围可以数字编程为±250，±500，±1000或±2000度/秒（dps）。 ADC采样速率可以从每秒8,000个采样点编程到每秒3.9个采样点，用户可选的低通滤波器可实现宽范围的截止频率。

MPU-60X0的坐标轴关系如下图所示：

3. I2C通信协议

参考I2C通信协议

4. MPU6050寄存器读写

I2C通讯中，主处理器芯片作为主设备，MPU6050作为从设备。

4.1 从设备地址

MPU6050作为从设备使用时，有一个芯片自身的7位的设备地址，该地址为：0b110100X，7位地址的LSB位由引脚AD0的值决定，这样在一个板子的同一个I2C总线上可以同时使用两个MPU6050芯片，所以MPU6050的从设备地址为：0b1101000（0x68，AD0为低）或者0b1101001（0x69，AD0为高）。

4.2 写寄存器

主设备发送一个起始位（S），再发送I2C的从设备地址数据（由从7bit设备地址和1bit读标志位0组成），在第9个时钟SCL为高电平时，从设备发送应答信号（ACK）。接着，主设备发送从设备的寄存器地址（RA，8bit），等待从设备应答（ACK）后，主设备再发送要在寄存器中写入的数据（8bit），等待从设备应答（ACK）后，可以发送停止位（P）结束数据传输。 如果要写多个寄存器，在上一步中可以先不发停止位（P），而是继续发送数据（8bit），这样就可以实现连续写入多个寄存器数据了。MPU6050芯片会自动增加寄存器地址，并将连续写入的数据字节，按顺序依次写入到相邻的寄存器中。

两种写数据的格式如下图所示：

4.3 读寄存器

主设备发送一个起始位（S），再发送I2C的从设备地址数据（由从7bit设备地址和1bit写标志位0组成），在第9个时钟SCL为高电平时，从设备发送应答信号（ACK）。然后发送要读取的寄存器地址，在接收到从设备发送的应答信号（ACK）后，主设备发送一个起始位（Sr），再发送从设备地址（由从7bit设备地址和1bit读标志位1组成 ）。从设备会发送一个应答信号（ACK），再发送寄存器中的数据（8bit）。主设备发送一个非应答信号（NOACK），和一个停止位（P），停止I2C传输。 如果要读取多个连续的寄存器，在上一步中不能发送非应答信号（NOACK）和停止位（P），而是要发送一个应答信号（ACK），等待下一个从设备发送的数据，直到最后一个数据接收完成后，主设备发送一个非应答信号（NOACK），和一个停止位（P），停止I2C传输。

两种读寄存器数据的格式如下图所示：

4.4 MPU6050通讯中的简写符号

5. 总结

至此，I2C总线通讯协议及MPU6050寄存器的读写已经介绍完毕，下一步就是用程序实现I2C通讯，并通过I2C读写MPU6050的寄存器数据。具体内容，请参考下一节。